高壓直流輸電仿真培訓系統(tǒng)研究

丁廣乾 李洪戰(zhàn) 張 嵩 霍永紅 高洪雨 胡鐵軍

山東電力學校 山東 泰安 271000

0 引言

直流輸電技術(shù)的不斷進步及其在大電網(wǎng)發(fā)展中體現(xiàn)出來的送電距離遠、送電容量大、控制靈活等特點，使直流輸電技術(shù)在中國找到了發(fā)展空間［1］。以±660 kV寧東-山東直流輸電示范工程為標志，山東電網(wǎng)邁入“外電入魯”戰(zhàn)略的新階段，直流輸電系統(tǒng)運行人員的培養(yǎng)以及員工后續(xù)培訓成為山東電網(wǎng)的必然要求。本文研究的高壓直流輸電仿真培訓系統(tǒng)，可使直流輸電運行管理人員在貼近真實的直流輸電環(huán)境中接受直流輸電工程常規(guī)操作、設(shè)備巡視、故障設(shè)置與處理等崗位培訓，同時能夠完成技能鑒定等工作。

1 高壓直流輸電仿真培訓系統(tǒng)的基本功能

高壓直流輸電仿真培訓系統(tǒng)依托±660 kV寧東-山東直流輸電示范工程，包括送端換流站、受端換流站、直流輸電線路以及兩側(cè)交流等效電網(wǎng)。系統(tǒng)利用先進的虛擬現(xiàn)實技術(shù)真實模擬了兩個換流站的工作環(huán)境，包括室外場景、自動化監(jiān)控系統(tǒng)、保護室保護屏柜等，實現(xiàn)了換流站運行操作、設(shè)備巡視、故障設(shè)置與處理等的仿真。該仿真培訓系統(tǒng)可實現(xiàn)理論學習、技能操作培訓以及技能鑒定功能，為培養(yǎng)合格的直流輸電專業(yè)技術(shù)人才提供了培訓平臺。該系統(tǒng)具有以下7個方面的基本內(nèi)容：

1）運行人員操作仿真培訓功能包括：直流系統(tǒng)正常啟動、停運、控制方式、運行方式轉(zhuǎn)換操作仿真培訓；直流系統(tǒng)順序控制操作仿真培訓；直流系統(tǒng)自動控制操作仿真培訓［2］。

2）直流工程的系統(tǒng)研究功能包括：各穩(wěn)態(tài)運行工況下運行性能分析；交流系統(tǒng)不同運行方式下直流系統(tǒng)的最優(yōu)運行方式選擇；直流控制保護系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化的研究［3］。

3）換流站巡視功能包括：晴天、雨天、雪天、霧天天氣情況下和白天、晚上不同時段對換流站所有一二次設(shè)備進行設(shè)備狀態(tài)巡視、正常操作和故障處理。

4）基于系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)的工況分析及預(yù)想故障仿真功能：對某一時刻實際系統(tǒng)的工況進行分析［4］，模擬在此工況下可能發(fā)生的預(yù)想故障，對運行人員進行培訓。

5）技能鑒定功能包括：對學員的監(jiān)盤、常規(guī)操作、設(shè)備巡視和事故處理等操作進行技能鑒定［5］。

6）工程資料庫：包括電力系統(tǒng)法規(guī)、標準、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)、主要設(shè)備的結(jié)構(gòu)和參數(shù)［6］、HVDC控制保護系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)、運行規(guī)程、教學課件等。

7）系統(tǒng)維護功能：系統(tǒng)操作維護、系統(tǒng)運行參數(shù)設(shè)置、故障處理運行方式初始化等。

2 高壓直流輸電仿真培訓系統(tǒng)的硬件平臺及結(jié)構(gòu)

高壓直流輸電仿真培訓系統(tǒng)共配置2臺教員機，若干臺學員機，兩臺服務(wù)器，四臺投影儀，四個幕布。所有教員機、學員機和服務(wù)器連接在一個由交換機組成的100M網(wǎng)絡(luò)中。仿真培訓系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

因為啟動直流系統(tǒng)傳輸功率時，需要兩個站的運行人員配合操作，所以在系統(tǒng)配置上采用成對配置的原則，在實際培訓時可以讓學員兩人一組互相配合完成操作。

圖1 高壓直流輸電仿真培訓系統(tǒng)硬件系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

3 高壓直流輸電仿真培訓系統(tǒng)的軟件平臺及結(jié)構(gòu)

高壓直流輸電仿真培訓系統(tǒng)軟件由計算機操作系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫軟件、直流輸電監(jiān)控軟件、三維場景仿真軟件、數(shù)據(jù)模型庫、培訓鑒定管理軟件6個部分構(gòu)成。操作系統(tǒng)采用基于Windows XP Professional操作系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫采用MS SQL Server2000；直流輸電監(jiān)控軟件包含了運行人員控制系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)服務(wù)軟件、運行人員控制系統(tǒng)客戶端軟件；三維場景仿真軟采用3D Studio Max進行建模，采用VR-Platform作為三維互動仿真平臺；培訓管理軟件采用VC++設(shè)計開發(fā)。圖形表示的軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 高壓直流輸電仿真培訓系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

4 高壓直流輸電仿真培訓系統(tǒng)的工作模式

根據(jù)直流輸電工程員工培訓需求，培訓系統(tǒng)設(shè)計了三種工作模式，包括教學模式、練習模式和考試模式。

4.1 教學模式

此模式用于教員進行教學演示。在此模式下，教員有所有直流輸電系統(tǒng)操作權(quán)限，學員只有瀏覽權(quán)限，無操作權(quán)限。系統(tǒng)服務(wù)器啟動運行人員控制系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)服務(wù)軟件和數(shù)據(jù)模型庫，教員機啟動運行人員控制系統(tǒng)客戶端軟件和三維場景仿真軟件，學員機只啟動運行人員控制系統(tǒng)客戶端軟件。送端換流站教員機連接到送端換流站的培訓服務(wù)器，受端換流站教員機連接到受端換流站的培訓服務(wù)器。在此模式下，教員的操作，會經(jīng)過運行人員控制系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)服務(wù)軟件或者三維場景仿真軟件傳遞到數(shù)據(jù)模型庫中，經(jīng)過數(shù)據(jù)模型處理后其結(jié)果傳遞到運行人員控制系統(tǒng)客戶端軟件和三維場景仿真軟件并顯示，完成一個完整的直流輸電操作流程。如果僅模擬交、直流場的操作，因不需要啟動直流系統(tǒng)傳送功率，可以只啟動一臺服務(wù)器的培訓系統(tǒng)，所有計算機連接到這一臺服務(wù)器上，就可以實現(xiàn)教學培訓。

4.2 練習模式

此模式用于學員進行練習。在此模式下，教員和學員同時有所有直流輸電系統(tǒng)操作權(quán)限。學員之間兩人一組，分別作為送端換流站和受端換流站的工作人員，配合完成直流輸電系統(tǒng)的操作。每臺學員機都啟動運行人員控制系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)服務(wù)軟件、運行人員控制系統(tǒng)客戶端軟件和三維場景仿真軟件，運行人員控制系統(tǒng)客戶端軟件連接到運行人員控制系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)服務(wù)軟件，模擬換流站的運行人員控制系統(tǒng)。其中一臺學員機啟動數(shù)據(jù)模型庫，該數(shù)據(jù)模型庫連接到兩臺學員機的運行人員控制系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)服務(wù)軟件和三維場景仿真軟件，模擬整個直流系統(tǒng)的一次、二次設(shè)備。學員可以在數(shù)據(jù)模型庫中設(shè)置狀態(tài)或者故障，學員的操作，會經(jīng)過本機的運行人員控制系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)服務(wù)軟件和三維場景仿真軟件傳遞到數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫中，經(jīng)過數(shù)據(jù)模型處理后其結(jié)果傳遞運行人員控制系統(tǒng)客戶端軟件和三維場景仿真軟件并顯示，完成一個完整的直流輸電系統(tǒng)操作。

4.3 考試模式

此模式用于對學員進行技能鑒定。在此模式下，教員有所有直流輸電系統(tǒng)操作權(quán)限并能為學員指定考試任務(wù)，學員只能接收教員指定的考試任務(wù)并進入直流監(jiān)控軟件和三維場景仿真軟件進行操作。此模式下，所有機器啟動運行人員控制系統(tǒng)客戶端軟件和三維場景仿真軟件，教員機啟動考試系統(tǒng)和數(shù)據(jù)模型庫，并為學員制定考試任務(wù)，設(shè)置相應(yīng)狀態(tài)和故障。學員之間兩人一組，分別模擬送端換流站和受端換流站的工作人員。其中一臺學員機啟動數(shù)據(jù)模型庫，該數(shù)據(jù)模型庫連接到兩臺學員機的運行人員控制系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)服務(wù)軟件和三維場景仿真軟件。學員無權(quán)對數(shù)據(jù)模型進行設(shè)置狀態(tài)和故障，只能接收教員指定的任務(wù)并通過運行人員控制系統(tǒng)客戶端進行直流輸電系統(tǒng)運行操作或者通過三維場景仿真軟件進行巡視和故障處理。考試系統(tǒng)會自動計時并記錄學員答案和操作過程，學員提交答案退出考試或者考試結(jié)束，系統(tǒng)把操作過程記錄提交到考試系統(tǒng)服務(wù)程序由教員對學員答案和操作過程進行考評。

5 結(jié)語

高壓直流輸電仿真培訓系統(tǒng)使直流輸電運行管理人員在貼近真實的直流輸電環(huán)境中接受直流輸電工程常規(guī)操作、設(shè)備巡視、故障設(shè)置與處理等訓練，同時能夠完成崗位培訓、技能鑒定等各項工作。該系統(tǒng)為直流輸電運行管理人員提高技能水平，熟練掌握交直流混合電網(wǎng)的運行特點，積累運行經(jīng)驗［8］，保證大電網(wǎng)可靠經(jīng)濟運行等提供良好平臺。

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